JP6193794B2 - Method for forming a rectangular battery case - Google Patents
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Description
本発明は、Liイオン電池などのケースである角形電池ケースの成形方法に関するものである。 The present invention relates to a method for forming a rectangular battery case which is a case of a Li-ion battery or the like.
携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ、あるいは電気自動車やハイブリッド自動車等の電源として、リチウムイオン二次電池(Liイオン電池)が広く使用されている。このLiイオン電池ケース(以下、単に電池ケースとも言う)を構成する板材には、その蓋を含めて金属が使用されていることが多く、ステンレス鋼等の鉄合金やアルミニウム合金が使用されている。特に、電池ケースの蓋や本体(缶)などを、アルミニウム合金板(冷延板)素材をプレス成形した成形品から構成させると、耐食性や軽量化および加工性やコスト面からも有利である。 Lithium ion secondary batteries (Li ion batteries) are widely used as power sources for mobile phones, notebook personal computers, electric vehicles, hybrid vehicles, and the like. In many cases, a metal including a lid is used for a plate material constituting this Li ion battery case (hereinafter also simply referred to as a battery case), and an iron alloy such as stainless steel or an aluminum alloy is used. . In particular, it is advantageous in terms of corrosion resistance, weight reduction, workability, and cost when the battery case lid, the body (can), and the like are made of a molded product obtained by press-molding an aluminum alloy plate (cold rolled plate) material.
これらの電池ケースの形状としては、実装効率が高く、放熱性能にも優れた、横断面形状が角型の電池ケースとして、扁平度、すなわち側面の広幅面の幅と狭幅面の幅の比の大きい(長辺側に比して短辺側が著しく小さい)扁平形の電池ケースが広く用いられている。このような、薄型の角形電池ケースを用いた角形電池は、機器の薄型化や軽量化に適し、且つスペース効果が高いことから、重要視されている。 As the shape of these battery cases, as a battery case with a high mounting efficiency and excellent heat dissipation performance and a square cross-sectional shape, the flatness, that is, the ratio of the width of the wide surface to the width of the narrow surface Large, flat battery cases (where the short side is significantly smaller than the long side) are widely used. Such a rectangular battery using a thin rectangular battery case is regarded as important because it is suitable for reducing the thickness and weight of the device and has a high space effect.
このような扁平度の高い、有底の角型電池ケース(電池缶)の成形方法としては、トランスファ絞り工法として、アルミニウム合金などの金属板を成形素材とし、トランスファプレス機による深絞り加工およびしごき加工を10〜20工程(段)繰り返すことにより、成形形状を得ることが行われてきた。しかしながら、このような成形方法では、多工程のため高価な金型を多数必要とすることや、大型のトランスファプレスによる設備費の増大、また大型プレスによる加工のため、プレス速度を大きく出来ず、生産性が低いなどの問題があった。 As a method for forming such a square battery case (battery can) with a high flatness, as a transfer drawing method, a metal plate such as an aluminum alloy is used as a forming material, and deep drawing and ironing using a transfer press machine. It has been performed to obtain a molded shape by repeating the processing for 10 to 20 steps (stages). However, in such a molding method, a large number of expensive dies are required because of the multi-step process, the equipment cost is increased by a large transfer press, and the processing by the large press cannot increase the press speed. There were problems such as low productivity.
このため、従来から、上記のような角型電池ケースの成形に関わる課題を解決するために、種々の提案がなされている。 For this reason, conventionally, various proposals have been made in order to solve the problems related to the formation of the rectangular battery case as described above.
例えば、特許文献1では、所定形状に打ち抜いた電池缶素材として、炭素を0.1%以下含む冷延鋼板を深絞り加工して、横断面形状が略楕円形の第1の角筒体を成形したのち、絞り加工としごき加工とを連続的に一挙に行うDI加工によって、角型電池ケースを成形している。 For example, in Patent Document 1, as a battery can material punched into a predetermined shape, a cold-rolled steel sheet containing 0.1% or less of carbon is deep-drawn to obtain a first rectangular tube having a substantially elliptical cross-sectional shape. After forming, the square battery case is formed by DI processing that continuously performs drawing and ironing at once.
しかし、特許文献1など、従来の絞りとしごきとを連続的に行うDI成形の方法を用いる方法では、アルミニウム合金板を扁平度の高い角型電池ケースに、板厚や形状精度を確保した上での成形が難しい。剛性が高い前記SUS等の鉄合金や鋼に対して、軟質で、かつ弾性係数が低い特性を有するアルミニウム合金板は、その成形時の挙動や特性が大きく異なるためである。 However, in the method using the DI molding method that continuously performs drawing and ironing such as Patent Document 1, an aluminum alloy plate is secured to a square battery case with high flatness, and the plate thickness and shape accuracy are secured. Molding with is difficult. This is because an aluminum alloy plate having a characteristic that is soft and has a low elastic modulus with respect to an iron alloy or steel such as SUS having a high rigidity is greatly different in behavior and characteristics at the time of forming.
これに対して、特許文献2や非特許文献1では、最初の絞り加工(初絞り)による容器の上縁にテーパを設けるか、製品底面部よりも小さな外径の予備底面部と、この予備底面部から傾斜立設する予備傾斜側壁部とを形成して、中間の(予備の)成形体を得ることが開示されている。そして、これを再絞り成形することによって、前記テーパや予備傾斜側壁部の存在によって、中間成形体の側壁部のダイフェースによる曲げ角度を90度よりも小さくし、摩擦などの材料の流動に対する抵抗を小さくした上で、再絞り加工を行うことが提案されている。
On the other hand, in
ただ、これら特許文献2や非特許文献1の成形方法によっても、絞りとしごきとを連続的に行うDI成形の方法によって、アルミニウム合金板を扁平度の高い角型電池ケースに成形する際に板厚や形状精度を確保することは、やはり難しい。
However, even when the forming method of
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、精度良く、かつ効率よく、アルミニウム合金板を扁平度の高い角型電池ケースに成形できる成形方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a forming method capable of forming an aluminum alloy plate into a rectangular battery case with high flatness with high accuracy and efficiency. .
上記目的達成のために、本発明の角形電池ケースの成形方法の要旨は、
素材アルミニウム合金板を絞り加工して、底部と、この底部周縁から立ち上がる側壁部とからなるとともに、前記底部に向かって縮径する斜壁面が前記側壁部の四周囲に亘って部分的に形成された、第1の角筒体に成形する第1の絞り加工工程と、
前記第1の角筒体を再絞り加工して、底部と、この底部周縁から立ち上がる側壁部とからなるとともに、前記底部に向かって縮径する斜壁面が前記側壁部の四周囲に亘って部分的に形成され、かつ、前記第1の角筒体よりも前記側壁部の高さが高く、更に、前記第1の角筒体の底部を前記底部として残した、第2の角筒体に成形する第2の絞り加工工程と、
前記第2の角筒体を加工して、底部と、この底部周縁から立ち上がる側壁部とからなるとともに、前記第2の角筒体よりも前記側壁部の高さが高く、かつ、前記側壁部の板厚が前記アルミニウム合金板の板厚の60%以下であり、更に、前記第2の角筒体の底部を前記底部として残した、角形電池ケースに成形する仕上げ加工工程とからなる、
ことである。
In order to achieve the above object, the gist of the method for forming a rectangular battery case of the present invention is as follows:
A raw aluminum alloy plate is drawn to form a bottom portion and a side wall portion that rises from the periphery of the bottom portion, and an inclined wall surface that is reduced in diameter toward the bottom portion is partially formed around the four sides of the side wall portion. A first drawing step for forming the first rectangular tube;
The first rectangular tube body is redrawn to have a bottom portion and a side wall portion rising from the periphery of the bottom portion, and a slanted wall surface whose diameter is reduced toward the bottom portion is a portion extending around the four sides of the side wall portion. A second rectangular tube that is formed in a second shape and has a height of the side wall portion higher than that of the first rectangular tube, and further leaves the bottom of the first rectangular tube as the bottom. A second drawing process to be molded;
The second square tube body is processed to have a bottom portion and a side wall portion rising from the periphery of the bottom portion, and the side wall portion has a height higher than that of the second square tube body, and the side wall portion. The plate thickness is 60% or less of the thickness of the aluminum alloy plate, and further comprises a finishing step of forming into a rectangular battery case, leaving the bottom of the second rectangular tube as the bottom,
That is.
本発明は、第1の絞り加工工程において、底部に向かって縮径する斜壁面が側壁部の四周囲に亘って部分的に形成された第1の角筒体を形成する。この斜壁面の存在によって、第1の角筒体を第2の絞り加工工程によって再絞り加工する際の、成形される第1の角筒体の側壁部の曲げ角度を90度よりも小さくする。 In the first drawing process, the present invention forms a first rectangular tube in which a slanted wall surface that is reduced in diameter toward the bottom is partially formed around the four sides of the side wall. Due to the existence of the inclined wall surface, the bending angle of the side wall portion of the first rectangular tube to be molded is made smaller than 90 degrees when the first rectangular tube is redrawn by the second drawing step. .
これによって、第1の角筒体を再絞り加工する際に、その側壁部の曲げによる変形抵抗を小さくする。この結果、第2の工程における絞り成形が、よりスムーズになされ、成形性が高められるので、薄肉の素材金属板を、扁平度の高い有底の角型電池ケースに成形加工することができる。 Thereby, when the first rectangular tube is redrawn, deformation resistance due to bending of the side wall portion is reduced. As a result, the drawing in the second step is performed more smoothly and the formability is improved, so that a thin material metal plate can be formed into a bottomed rectangular battery case with high flatness.
また、これに加えて、第1の角筒体の底部が、そのまま角形電池ケースの底部として残るように、第2の絞り加工や仕上げ加工を行うことで、第1、第2の角筒体の各底部を除いて、第1、第2の角筒体の斜壁面を含めた側壁部が主として成形されることとなる。このため、第1、第2の角筒体の各底部と側壁部とが合わせて成形される場合に比して、曲げによる変形抵抗がより軽減される。 In addition to this, by performing the second drawing and finishing so that the bottom of the first rectangular cylinder remains as the bottom of the rectangular battery case, the first and second rectangular cylinders are obtained. Except for each bottom portion, side wall portions including the inclined wall surfaces of the first and second rectangular tube bodies are mainly molded. For this reason, compared with the case where each bottom part and side wall part of a 1st, 2nd square cylinder body are shape | molded together, the deformation resistance by bending is reduced more.
これらの斜壁面形成と、第1の角筒体の底部をそのまま角形電池ケースの底部とすることの組み合わせによって、第2の角筒体よりもその高さが高く、側壁部の最終板厚を素材アルミニウム合金板の板厚の60%以下に減少させた、アルミニウム合金製角形電池ケースを、精度良く、かつ少ない工程数で,効率よく、成形することができる。 By combining these slanted wall surface formation and the bottom of the first rectangular tube as it is as the bottom of the rectangular battery case, its height is higher than that of the second rectangular tube, and the final thickness of the side wall is reduced. An aluminum alloy prismatic battery case reduced to 60% or less of the thickness of the material aluminum alloy plate can be molded with high accuracy and with a small number of steps.
以下に図面を参照しながら、素材アルミニウム合金板を角形電池ケースに成形する、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention in which a material aluminum alloy plate is formed into a rectangular battery case will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
本発明では、図1の第1の絞り加工工程、図2の第2の絞り加工工程(再絞り加工)を行った後で、図3の第3の仕上げ加工工程によって、図7に示す製品角形電池ケースを成形する。図3の仕上げ加工の態様はしごき加工例を示し、前段での図1、2の絞り加工と組み合わせることによって、図7に示す製品角形電池ケースを成形する態様を示している。ここで、本発明でいう工程の第1、第2、第3という呼称は、単に工程の順序や区別を示すのみであって、工程が第1、第2、第3のみに限られたり、第1、第2、第3の工程間に他の工程が入らないことを意味しない。すなわち、第1、第2、第3の工程や、第1、第2、第3の工程間に、他の成形加工や表面処理などの工程を、適宜加えるなり、入れることを範囲に含める。 In the present invention, after the first drawing process in FIG. 1 and the second drawing process (redrawing process) in FIG. 2, the product shown in FIG. 7 is obtained by the third finishing process in FIG. Mold a square battery case. The finishing process of FIG. 3 shows an example of the ironing process, and shows an aspect of forming the product prismatic battery case shown in FIG. 7 by combining with the drawing process of FIGS. Here, the first, second, and third designations of the steps in the present invention merely indicate the order and distinction of the steps, and the steps are limited to only the first, second, and third. It does not mean that no other process enters between the first, second and third processes. That is, it is included in the scope to add other steps such as molding and surface treatment as appropriate between the first, second, and third steps and between the first, second, and third steps.
第1の絞り加工工程
図1の第1の絞り加工工程においては、図4に示すような素材アルミニウム合金板1を、図1に示すような第1の角形パンチ(ポンチ)10と、第1の角形ダイス(金型)11とにより絞り加工する。そして、図5に示すような、平面視で角形の第1の角筒体2に成形する。
First Drawing Process In the first drawing process shown in FIG. 1, a material aluminum alloy plate 1 as shown in FIG. 4 is replaced with a first square punch (punch) 10 as shown in FIG. And drawing with a square die (die) 11. Then, it is formed into a first
このため、先ず、平面視で円形あるいは角形、楕円形(図4に示す態様)などの所定形状に予め打ち抜いた、素材アルミニウム合金板(素材ブランク)1を、図1に示すプレス装置に装着する。 For this reason, first, a material aluminum alloy plate (material blank) 1 punched in advance in a predetermined shape such as a circle, a rectangle, or an ellipse (a mode shown in FIG. 4) in a plan view is mounted on the press apparatus shown in FIG. .
そして、ブランクホルダ12と第1のダイス11により、素材アルミニウム合金板1の周辺部1bを挟持して押さえた上で、第1の角形パンチ10を下降、あるいは第1の角形ダイス11を上昇させ、これら第1のパンチ10と第1のダイス11との協働で、素材アルミニウム合金板1を、図5に示す角形の第1の角筒体2に絞り加工する。
Then, the
ここで、図1の第1のパンチ10と第1の角形ダイス11とは、平面視で、図5のように同じく平面視で角形の第1の角筒体2に対応あるいは相似する角形(長方形の横断面形状)を有している。また、第1の角形パンチ10は、その先端10b側に向かって縮径する斜壁面(テーパ面)10aを、その四周囲に亘って部分的に形成している。
Here, the
これによって、図1の断面図あるいは図5の斜視図で示すような、平面視で角形の底部2dと、この底部2d周縁から立ち上がる四つの各側壁部2a、2a、2b、2bとからなるとともに、底部2dに向かって縮径する4つの斜壁面2f、2f、2g、2gが、前記側壁部2a、2a、2b、2bの四周囲に亘って部分的に形成された第1の角筒体2を成形する。図5の第1の角筒体2において、2a、2aは大きくて広幅な長辺側にある対向する二つの側壁部、2b、2bは狭幅な短辺側にある対向する二つの側壁部、2cは中空部上方の開口部、2dは底部、2eは各側壁2a、2bの周縁部から外側に向かって広がる、平坦な製品外フランジである。
As a result, as shown in the cross-sectional view of FIG. 1 or the perspective view of FIG. 5, the
(斜壁面)
前記した通り、第1の角形パンチ10には、その先端10b側に向かって径が小さくなるように縮径する、斜壁面(テーパ面)10aを四周囲に亘って部分的に形成している。この斜壁面10aによって、斜壁面(傾斜壁)2f、2fを、第1の角筒体2の広幅な長辺側の二つの側壁部2a、2aに各々形成するとともに、図5に示す通り、斜壁面2g、2gを、狭幅な短辺側の二つの側壁部2b、2bに各々形成する。
(Slanted wall)
As described above, the first
この結果、第1の角筒体2には、底部2dと、四つの各側壁部2a、2a、2b、2bとの間に、各側壁部2a、2a、2b、2bの四周囲(全長あるいは全幅)に亘って、斜壁面2f、2f、2g、2gが各々形成されている。ここで、斜壁面2f、2fは広幅な長辺側の二つの側壁部2a、2aの幅(長さ)に亘って各々存在し、斜壁面2g、2gは狭幅な短辺側の二つの側壁部2b、2bの幅(長さ)に亘って各々存在する。
As a result, the first
これらの斜壁面2f、2f、2g、2gは、各側壁部2a、2a、2b、2bから底部2dに向かって、各側壁部2a、2a、2b、2bが形成する略長方形形状の横断面の長辺と短辺とが順次狭まり、斜壁面2f、2f同士および2g、2g同士の間隔が、底部2dの長辺と短辺とになるように順次狭まるように傾斜した壁面となっている。
These
この斜壁面2f、2f、2g、2gは、図2にて後述する、第2の絞り加工工程で成形される際の、第1の角筒体2の斜壁面2f、2f、2g、2gの各曲げ角度を90度よりも小さくするために設ける。この斜壁面2f、2f、2g、2gによって、第1の角筒体2を、図2に示すように、再絞り加工(成形)する際に、第2の角筒体2の斜壁面3f、3f、3g、3gの各曲げ角度R(図2に示すR)を90度よりも小さくできる。このため、第2の角筒体の斜壁面3f、3f、3g、3gを含めた、各側壁部3a、3a、3b、3bの曲げによる変形抵抗が小さくなる。この結果、再絞り加工が、よりスムーズになされ、成形性が高められるので、 薄肉の素材金属板を、扁平度の高い有底の角型電池ケースに成形加工することができる。ここで、第2の角筒体2の斜壁面3f、3f、3g、3gの各曲げ角度Rとは、図2に示す、前記各側壁3f、3f、3g、3gが垂直方向となす角度Rである。
The
この第1の角筒体2において、斜壁面2f、2f、2g、2gの傾斜度あるいは高さなどの形状条件は、後の第2の工程におけるダイフェースで成形される際の、第1の角筒体2の斜壁面2f、2f、2g、2gの各曲げ角度を90度よりも小さくできる設計条件から決定される。
In the first
なお、この第1の絞り加工工程では、肉厚は元の素材アルミニウム合金板1と同じか、増加しており、横断面形状が長方形で、一定の高さ(深さ)を有する第1の角筒体2として成形される。
In the first drawing step, the thickness is the same as or increased from the original material aluminum alloy plate 1, the cross-sectional shape is rectangular, and the first has a certain height (depth). Molded as a
(第1の角筒体底部)
第1の角筒体2の底部2dの大きさ(幅と長さ)は、斜壁面2f、2f、2g、2gを設けるために、底部2dの長辺と短辺とは、第1の角筒体2の長辺と短辺よりも、各々小さくなっており、底部2dの横断面は、その面積が、第1の角筒体2の横断面よりも小さくなっている。
(First square tube bottom)
The size (width and length) of the bottom 2d of the first
このことを前提として、本発明では、この第1の工程の絞り工程で成形された第1の角筒体2の底部2dを、後述する図7に示す最終の角形電池ケース4の底部4dとする、あるいは底部4dとして残す。
On the premise of this, in the present invention, the bottom 2d of the first
このためには、底部2dを、製品である角形電池ケース4の底部4dに見合った大きさや形状となるように、底部4dと同じか、若干大きくなるように成形する。また、第1の角筒体2の底部2dが、そのままか、あるいはできるだけ残して、第2の角筒体3の底部3dおよび角形電池ケース4の底部4dとなって残るように、後述する第2の絞り加工および仕上げ加工を行う。
For this purpose, the
ここで、第1の角筒体2の底部2dが、そのままか、あるいはできるだけ残して、最終の角形電池ケース4の底部4dとなるとは、この底部2d自身は、再絞り加工や仕上げ加工によっても概ね成形されることなく残り、この底部2dと同じか、一定の割合以上の大きさ、そして、同じ形状の、第2の角筒体3の底部3dおよび角形電池ケース4の底部4dとなることを意味する。ただ、底部2dが再絞り加工および仕上げ加工において、多少の成形を受けて、その大きさや形状が、部分的に、あるいは底部周縁において、多少変化することは許容する。ここで、第1の角筒体2の底部2dを、そのままか、あるいはできるだけ残して、角形電池ケース4の底部4dとするための目安は、図7の角形電池ケース4の底部の面積(長辺×短辺)が、図5の第1の角筒体2の底部2dの面積(長辺×短辺)の70〜100%の範囲となるようにする。
Here, the bottom 2d of the first
前記特許文献2や非特許文献1でも、最初の絞り加工(初絞り)による容器の上縁にテーパを設けるか、製品底面部よりも小さな外径の予備底面部と、この予備底面部から傾斜立設する予備傾斜側壁部とを形成して、中間の(予備の)成形体を得ている。しかし、この中間の(予備の)成形体の底部は、本発明のように、製品形状の底部として、そのまま残ることはなく、側壁とともに成形されてしまう。言い換えると、図7の角形電池ケース4の底部の面積(長辺×短辺)が、第1の角筒体2の底部2dの面積(長辺×短辺)の70%未満と必然的に小さくなるか(非特許文献1)、逆に100%を超えて必然的に大きくなる(特許文献2)。このため、底部は底部として、また側壁は側壁として、順次成形されていく本発明に比して、成形の際の材料の流動に対する抵抗はより大きくなる。
In
また、本発明の場合、第一の絞り加工後の第1の角筒体2の形状は、図1、図5に示すように、底部2dと斜壁面2f、2f、2g、2gから構成される凸面が、第1の角筒体2の底部2d側に形成されることとなる。これにより、底部2d側の材料は、第一の絞り加工中に、張出成形を受けることになり、薄肉化が起こる。このため、図7で示す、最終的に得られる角形電池ケースにおいても、底部の肉厚は薄くなり、側壁側に材料が流動するため、より少ない材料使用量で深い角形電池ケースの形状が得られる。したがって、電池缶に対する材料の使用量を減らす効果も得られる。さらに本発明の場合、後述する再絞り加工における、ダイ肩部での曲げ角度が小さいため、図7で示す、最終的に得られる角形電池ケース(電池缶)の縦壁部に生じる、曲げ変形に起因する表面凹凸も軽減され、より強度の高い電池ケースが得られる。
In the case of the present invention, the shape of the first
この第1の絞り加工工程は、1段でも複数段あるいは多段で行っても良く、通常のプレス装置が使用できる。そして、絞り成形における、成形速度も1〜60m/SPMの範囲の、しわ押さえ荷重も0.5〜500kNの、通常のプレス装置あるいは絞り成形における条件で可能である。また、第1の絞り加工工程だけでなく、第2の絞り加工工程や、仕上げ加工工程では、通常のプレス装置あるいは絞り成形同様、必要に応じて、種々の市販の潤滑剤乃至潤滑油が使用できる。 The first drawing process may be performed in one stage, a plurality of stages, or multiple stages, and a normal press apparatus can be used. In the drawing, the forming speed can be set in the range of 1 to 60 m / SPM, and the wrinkle pressing load can be set in the range of 0.5 to 500 kN in a normal press apparatus or drawing. In addition to the first drawing process, the second drawing process and the finishing process use various commercially available lubricants or lubricating oils as necessary, as in the case of a normal press or drawing process. it can.
第2の絞り加工工程
次に、図2の第2の絞り加工工程である再絞り工程においては、図5に示す成形された第1の角筒体2を、図2に示すように、第2の角形パンチ13と第2の角形ダイス14とにより、更に長方形の横断面形状を有する第2の角筒体3に再絞り加工する。すなわち、先端側に向かって縮径する斜壁面を四周囲に亘って部分的に形成した第2の角形パンチ13と第2の角形ダイス14とにより、図5に示す第2の角筒体3に再絞り加工する。
Second Drawing Process Next, in the redrawing process, which is the second drawing process of FIG. 2, the molded first
ここで、図2の第2のパンチ13と第2の角形ダイス14とは、平面視で、図6のように同じく平面視で角形の第2の角筒体3に対応あるいは相似する角形(長方形の横断面形状)を有している。また、第2の角形パンチ13には、図1の角形パンチ10と同様に、その先端13b側に向かって縮径する斜壁面(テーパ面)13aを、その四周囲に亘って部分的に形成している。また第2の角形ダイス14には、その下側に向かって開口部が縮径する傾斜面(テーパ面)14aをその4周囲に亘って部分的に形成している。
Here, the
この斜壁面13aによって、前記第1の角筒体2の斜壁面(傾斜壁)2f、2fを含めた各側壁部2a、2aを、第2の角筒体3の広幅な長辺側の二つの側壁部3a、3aと、斜壁面(傾斜壁)3f、3fに各々成形する。また、前記第1の角筒体2の斜壁面(傾斜壁)2g、2gを含めた各側壁部2b、2bを、第2の角筒体3の狭幅な短辺側の二つの側壁部3b、3bと、斜壁面(傾斜壁)3g、3gに各々成形する。
By means of the
この結果、図6に示す、底部3dと、この底部3d周縁から立ち上がる側壁部3a、3a、3b、3bとからなるとともに、前記底部3dに向かって縮径する斜壁面3f、3f、3g、3gが前記側壁部の四周囲に亘って部分的に形成され、第1の角筒体2よりも、前記側壁部3a、3a、3b、3bの高さが高く、第1の角筒体の底部2dをその底部3dとして残した第2の角筒体3が成形できる。
As a result, the
そして、このような先端の斜壁面13aなど、角形パンチ13を第1の角筒体と相似形の断面形状とすることによって、第1の角筒体2を再絞り加工する際に、角形パンチ13の先端の斜壁面13aと、第1の角筒体の斜壁面2f、2f、2g、2gとを対応、適合させる。これによって、成形される際の、第1の角筒体2の側壁部2a、2a、2b、2bや、斜壁面2f、2f、2g、2gの各曲げ角度Rを90度よりも小さくできる。ここで、曲げ角度Rは、図2に示すRであり、ダイス14に設けられたテーパ部14a乃至成形されている第2の角筒体3の広幅な長辺側の二つの側壁部3a、3aと、垂直方向とのなす角度である。
When the first
また、前記した通り、第1の工程の絞り工程で成形された第1の角筒体2の底部2dを、そのままか、あるいはできるだけ残して、後述する図7に示す最終の角形電池ケース4の底部4dとする。すなわち、第1の角筒体2の底部2dを、最終の角形電池ケース4の底部4dに見合った大きさや形状となるように、底部4dと同じか、若干大きくなるように、第1の角筒体2を成形する。すなわち、図7の角形電池ケース4の底部4dの面積(長辺×短辺)が、図5の第1の角筒体2の底部2dの面積(長辺×短辺)の70〜100%の範囲となるように成形する。
Further, as described above, the bottom 2d of the first
これによって、第1の角筒体2の底部2dは第2の角筒体3の底部3dとして、また第1の角筒体2の側壁部2a、2a、2b、2bや斜壁面2f、2f、2g、2gは、第2の角筒体3の側壁3a、3a、3b、3bや斜壁面3f、3f、3g、3gとして、順次成形されていくので、成形の際の材料の流動に対する抵抗はより小さくなる。後述する仕上げ加工工程においても、これと同じ効果が得られる。
As a result, the bottom 2d of the first
図2の再絞り工程において、より具体的には、図2のように、前記図1の第1の絞り加工で成形された第1の角筒体2を、プレス装置に装着する。この際、図2のように、スリーブ15を、第1の角筒体と第2の角形パンチ13との間の空間(隙間)18に挿入することが好ましい。これは、第2の角形パンチ13の外周側(外表面側)に、スリーブ15を予め装着しておき、このスリーブ15を第2の角形パンチ13とともに、第1の角筒体2の内壁面2aに沿って下降(あるいは第2のダイス14を上昇)させることによって挿入する。
In the redrawing process of FIG. 2, more specifically, as shown in FIG. 2, the first
このスリーブ15は、第2の角形パンチ13の外寸や横断面形状に対応した内寸や横断面形状を有するとともに、この第2の再絞り工程で成形する第1の角筒体2の内側において、第2の角形パンチで支えられない空間(隙間)を埋める形状を有している。
The
その上で、図2のように、第2の角形パンチ13を下降あるいは第2の角形ダイス14を上昇させて、第2の角形パンチ13のみを、第2の角形ダイス14内に前進(進入)させ、これら第2の角形パンチ13と第2の角形ダイス14との協働で、前記スリーブ15を介して、更に再絞り加工する。そして、図6で示す第2の角筒体3に成形する。
Then, as shown in FIG. 2, the second
この第2の角筒体3は、第1の角筒体2の横断面形状よりも、短辺/長辺の比が小さく(より扁平で)、前記第1の角筒体2の高さh1よりも、その高さh2が高い、長方形の横断面形状をその高さ方向に亘って有する。なお、図2に示す絞り加工の段階でも、図6のような外側に広がるような製品外フランジ3eを残しているが、このような製品外フランジ3eを残さずに、第2の角筒体3に絞り加工しても良い。
The second
図2、図6の第2の角筒体3において、3a、3aは大きくて広幅な長辺側の対向する二つの側壁、3b、3bは小さくて狭い短辺側の対向する二つの側壁、3cは中空部上方の開口部、3dは底部、3eは各側壁3a、3bの周縁部から外側に向かって広がる、平坦な製品外フランジである。
2 and 6, 3 a and 3 a are two large side walls facing each other on the long side, 3 b and 3 b are two side walls facing each other on the short side of the small and narrow side, 3c is an opening above the hollow portion, 3d is a bottom portion, and 3e is a flat product outer flange that spreads outward from the peripheral edge of each
この図2の例では、再絞り成形時のダイス14の形状において、第2の角形ダイス14の上方の面15を、再絞り成形前の第1の角筒体2の外面、特に斜壁面2f、2f、2g、2gに沿った傾斜面としている。これにより、再絞り成形中に流動する材料が、上方の面15にそって移動するため、しわ発生などが起こらず、よりスムーズな変形となり、更に成形性が向上する。
In the example of FIG. 2, in the shape of the die 14 at the time of redraw molding, the
(スリーブの使用)
本発明では、この第2の絞り加工工程の際に、第2のパンチ13に被嵌されたスリーブ15を用いることが好ましい。第2の絞り加工工程において、第1の角筒体2を再絞り加工して、より小さい長方形横断面形状のより背の高い(より深い)第2の角筒体3を成形する際には、当然ながら第2のパンチ13は、第1の角筒体2よりも小型の長方形横断面形状となる。この結果、図2に示す通り、この角筒体2の周囲には、第2のパンチ13で支えられない空間(隙間)が必然的に存在する。
(Use of sleeve)
In the present invention, it is preferable to use a
スリーブを用いない再絞り工程では、この第2のパンチ13で支えられない空間の存在のために、第1の角筒体2の周囲の金型14から成形力が加わった場合に、この成形力の負荷部分が座屈して、しわが生じやすい。このため、部位によって不均一な加工となって成形できないか、成形できたとしても板厚や形状精度が確保できない可能性がある。これに対して、横断面形状が長方形の第1の角筒体2から、より小径でより背の高い(より深い)横断面形状が長方形の第2の角筒体3をつくる際に、スリーブ15を用いることによって、前記空間を埋めることができる。このため、第1の角筒体2の周囲のダイス(金型)14から成形力が加わっても、第1の角筒体2における、この成形力の負荷部分が座屈することがなくなり、しわが生じない。このため、部位によらず均一な加工となって成形でき、板厚や形状精度も確保できる。
In the redrawing process without using a sleeve, when a molding force is applied from the
このような長方形の横断面形状を有する空間(隙間)を埋めるスリーブ15は、当然ながら、この空間(隙間)18に近似あるいは相似する、角環状の横断面形状を有する必要がある。また、この第2の再絞り加工の成形中には、スリーブ15は、その成形初期の挿入位置に停止した状態として、第2のパンチ13だけが第2のダイス14内に前進して成形が進むようにする。スリーブの材質は、成形されるアルミニウム合金の種類に応じて、金型用の鋼材のほか、同種のアルミニウム合金製あるいは、ゴムや樹脂製などの材質が適宜選択できる。
Naturally, the
この第2の絞り加工工程も、前記第1の絞り加工工程と同様に、1段でも複数段あるいは多段で行っても良く、通常のプレス装置が使用できる。そして、絞り成形における条件も、成形速度:1〜60個/分、しわ押さえ荷重:0.5〜500kNなどの、通常のプレス装置あるいは絞り成形における範囲から、前記第1の絞り加工工程の条件との関係で設定可能である。 Similarly to the first drawing process, the second drawing process may be performed in one stage, a plurality of stages, or multiple stages, and a normal press apparatus can be used. And the conditions in the drawing process are also the conditions of the first drawing process from the range in the normal press apparatus or drawing, such as the forming speed: 1-60 pieces / min, the wrinkle holding load: 0.5-500 kN. Can be set in relation to
第3の仕上げ加工工程:
以上のような複数段あるいは多段の絞り加工の後で、第2の角筒体3を、更に、第3の工程である仕上げ加工として、絞り加工かしごき加工によって、あるいは絞り加工としごき加工とを組み合わることによって、第2の角筒体3よりもその高さが高く、側壁部の最終板厚を少なくともアルミニウム合金板の板厚の60%以下に減少させた、図7に示す角形電池ケース4を成形する。
Third finishing process:
After the multi-stage or multi-stage drawing as described above, the second
図3は、仕上げ加工工程として、しごき工程によって、横断面形状が長方形の第2の角筒体3を、第3の角形パンチ16と、第3の角形しごきダイス(ダイス列)17とで、特にその側壁3aをしごき加工して薄肉化(減肉化)し、図7に示す最終の角形電池ケース4を成形する態様を示している。ここで、図3の第3の角形パンチ16と、第3の角形しごきダイス17とは、平面視で、図7のように同じく平面視で角形の、角形電池ケース4に対応あるいは相似する角形(長方形の横断面形状)を有している。このしごき加工についても、複数回の加工を繰り返し行い、側壁の肉厚を段階的に薄くしていっても良い。
FIG. 3 shows a second
このようなしごき加工の際に、第2の角筒体3の斜壁面3f、3f、3g、3gは、全て角形電池ケース4の側壁4a、4a、4b、4bに成形される。
During the ironing process, the
また、再絞り工程で成形された第2の角筒体3の底部3dを、角形電池ケース4の底部4dの面積(長辺×短辺)が、第1の角筒体2の底部2dの面積(長辺×短辺)の70〜100%の範囲となるよう、そのままか、あるいはできるだけ残して、角形電池ケース4の底部4dとする。これによって、第2の角筒体2の底部3dは角形電池ケース4の底部4dとして、また第2の角筒体3の側壁部3a、3a、3b、3bや斜壁面3f、3f、3g、3gは、角形電池ケース4の側壁4a、4a、4b、4bとして、順次成形されていくので、成形の際の材料の流動に対する抵抗はより小さくなる。
In addition, the bottom 3d of the second
この最終の角形電池ケース4は、第2の角筒体3の長方形横断面形状と比較して、短辺/長辺の比はほぼ同一で、第2の角筒体3(の高さh2)よりも、その高さh3が高いあるいは深い、長方形の最終横断面形状を有する。そして、しごき加工によって、少なくとも側壁の最終板厚を前記素材金属板の板厚の60%以下に減少させている。図7の最終の角形電池ケース4において、4aは大きくて広幅な長辺側の対向する二つの側壁、4bは小さくて狭い短辺側の対向する二つの側壁、4cは中空部上方の開口部、4dは底部である。なお、図7の角形電池ケース4の段階でも、外側に広がるような製品外フランジ4eを残しているが、このような製品外フランジ4eを残さずに、角形電池ケース4に仕上げ加工しても良い。このような製品外フランジ4eはトリミング工程によって除去される。
The final rectangular battery case 4 has a short side / long side ratio substantially the same as that of the rectangular cross-sectional shape of the second
本発明では、図1、2に示す絞り加工を繰り返して、角型断面形状の第2の角筒体3を作ったのち、図3のしごき加工では、前記したスリーブを使わず、また断面形状を変化させずに、板厚(肉厚)だけを減少させるしごき加工を行って最終の角形電池ケース4を成形する。このため、従来の絞り加工としごき加工との組み合わせ加工のような、しわなどの成形不良の発生が生じず、形状や肉厚精度にも優れた、安定した成形が可能となる。
In the present invention, after the drawing shown in FIGS. 1 and 2 is repeated to form the second
この仕上げ加工工程であるしごき工程は、図3に示すような1段だけでなく、多段のしごき加工を行うプレス装置や条件、潤滑油が使用できる。 The ironing process, which is the finishing process, can use not only one stage as shown in FIG. 3 but also a press device, conditions, and lubricating oil that perform multi-stage ironing.
角形電池ケース:
図7に示す、最終の角形電池ケース4は、前記第2の角筒体3の長方形横断面形状と短辺/長辺の比がほぼ同一の、長方形の扁平な薄型の横断面形状を有し、前記第2の角筒体3(の高さh2)よりも、その高さh3(背が高いあるいは深い)が高い、箱型(箱体)形状である。また、その板厚(肉厚)は、前記しごき加工された二つの両側壁4a、4bの最終板厚を、前記素材金属板の板厚の60%以下に減少させた薄肉となっている。
Square battery case:
The final rectangular battery case 4 shown in FIG. 7 has a rectangular flat thin cross-sectional shape in which the ratio of the short side / long side is substantially the same as the rectangular cross-sectional shape of the second
この側壁3aの最終板厚は、長辺の側壁4aや、短径の側壁4cの長さ(幅)や高さh3、短辺/長辺の比、角形電池ケース4の用途からの要求特性、などによって定まる。この点、通常のLiイオン二次電池などの仕様に従うと、角形電池ケース4の側壁4aの板厚は0.3〜2mmの範囲から選択される。側壁4aの厚さが0.3mm未満では、素材金属板の強度によっては、要求される剛性や強度が不足する可能性がある。一方、側壁4aの厚さが2mmを超えると、重量が重くなるとともに、薄肉部や安全弁の破断用凹溝などの精度の良い加工が難しくなる。底部4dの最終板厚は、角形電池ケース4の用途からの要求特性によって、図1に示す素材金属板と同じとしてもよく、これとは異なる板厚としてもよく、これとは異なる板厚として、より薄くしても良い。
The final plate thickness of the
この角形電池ケース4には、図示はしないが、Liイオン電池ケースとして、通常の、外部正極、電解液の注入口やカバー、安全弁などの他の必要部品を備える封口用の蓋が装着される。 Although not shown, this rectangular battery case 4 is provided with a sealing lid provided with other necessary parts such as an external positive electrode, an electrolyte inlet and a cover, and a safety valve, as a Li ion battery case. .
素材アルミニウム合金板:
本発明に用いる素材アルミニウム合金板は、絞りとしごきの両加工によって、前記素材板の板厚の60%以下に減少させた際に、前記した側壁4aが0.3〜2mmの範囲の板厚となる、板厚を有するものとする。電池ケース4の薄肉化は、内容積の増加に直結し、電池特性の高容量化を図る重要な要素となるが、電池ケース4は、この薄肉化によっても必要な耐圧性を維持でき、また絞りとしごきの両加工も可能とする必要がある。このため、素材アルミニウム合金板は、絞り加工としごき加工とを組み合わせた場合の薄型の角形電池ケースへの成形性に優れ、薄肉化しても、耐食性に優れ、強度や剛性が高いことが必要である。これらの点や軽量化の点で、アルミニウム合金板が好ましい。
Material aluminum alloy plate:
When the material aluminum alloy plate used in the present invention is reduced to 60% or less of the thickness of the material plate by both drawing and ironing, the thickness of the
素材アルミニウム合金板の材料強度は、必要により溶体化および焼入れ処理や時効硬化処理あるいは冷間圧延、焼鈍などの調質した後の0.2%耐力で、30〜180MPaの範囲とすることが好ましい。これらを満足するアルミニウム合金としては、JIS乃至AAに規格される3000(Al−Mn)系アルミニウム合金、中でもA3003アルミニウム合金が好ましく、JIS乃至AAに規格される1000系アルミニウム合金、中でも、レーザ溶接を用いて封口される場合には、純アルミニウム合金であるA1050合金が好ましい。これらの合金は耐食性の面からも好ましい。ただ、使用条件や成形条件によっては、これら合金の耐クリープ性(耐クリープ変形性)などをより改良した合金や、これらのより高強度な5000系や6000系アルミニウム合金を用いても良い。 The material strength of the material aluminum alloy plate is preferably in the range of 30 to 180 MPa, with 0.2% proof stress after tempering such as solution treatment and quenching treatment, age hardening treatment, cold rolling and annealing, if necessary. . As an aluminum alloy satisfying these requirements, 3000 (Al-Mn) aluminum alloy standardized by JIS or AA is preferable, and A3003 aluminum alloy is preferable, and 1000 series aluminum alloy standardized by JIS or AA is preferable. When used and sealed, A1050 alloy which is a pure aluminum alloy is preferable. These alloys are also preferable from the viewpoint of corrosion resistance. However, depending on the use conditions and the molding conditions, alloys in which the creep resistance (creep deformation resistance) of these alloys is further improved, or higher strength 5000 series or 6000 series aluminum alloys may be used.
以上、本発明は、精度良く、かつ効率よく、アルミニウム合金板を扁平度の高い角型電池ケースに成形できる成形方法を提供できる。このため、リチウムイオン二次電池用の角形電池ケースの製造工程に好適に使用することができる。 As mentioned above, this invention can provide the shaping | molding method which can shape | mold an aluminum alloy plate in a square battery case with high flatness accurately and efficiently. For this reason, it can use suitably for the manufacturing process of the square battery case for lithium ion secondary batteries.
1:素材金属板、2:第1の角筒体、2a、2b:側壁、2d:底部、2f、2g:斜壁面、3:第2の角筒体、2a、2b:側壁、3d:底部、3f、3g:斜壁面、4:角形電池ケース、4a、4b:側壁、4d:底部、10:第1の角形パンチ、11:第1の角形ダイス、12:ブランクホルダ、13:第2の角形パンチ、14:第2の角形ダイス、15:スリーブ、16:第3の角形パンチ、17:第3の角形しごきダイス
1: Raw metal plate, 2: First square tube, 2a, 2b: Side wall, 2d: Bottom, 2f, 2g: Oblique wall surface, 3: Second square tube, 2a, 2b: Side wall, 3d:
Claims (3)
前記第1の角筒体を再絞り加工して、底部と、この底部周縁から立ち上がる側壁部とからなるとともに、前記底部に向かって縮径する斜壁面が前記側壁部の四周囲に亘って部分的に形成され、かつ、前記第1の角筒体よりも前記側壁部の高さが高く、更に、前記第1の角筒体の底部を前記底部として残した、第2の角筒体に成形する第2の絞り加工工程と、
前記第2の角筒体を加工して、底部と、この底部周縁から立ち上がる側壁部とからなるとともに、前記第2の角筒体よりも前記側壁部の高さが高く、かつ、前記側壁部の板厚が前記アルミニウム合金板の板厚の60%以下であり、更に、前記第2の角筒体の底部を前記底部として残した、角形電池ケースに成形する仕上げ加工工程とからなる、
ことを特徴とする角形電池ケースの成形方法。 A raw aluminum alloy plate is drawn to form a bottom portion and a side wall portion that rises from the periphery of the bottom portion, and an inclined wall surface that is reduced in diameter toward the bottom portion is partially formed around the four sides of the side wall portion. A first drawing step for forming the first rectangular tube;
The first rectangular tube body is redrawn to have a bottom portion and a side wall portion rising from the periphery of the bottom portion, and a slanted wall surface whose diameter is reduced toward the bottom portion is a portion extending around the four sides of the side wall portion. A second rectangular tube that is formed in a second shape and has a height of the side wall portion higher than that of the first rectangular tube, and further leaves the bottom of the first rectangular tube as the bottom. A second drawing process to be molded;
The second square tube body is processed to have a bottom portion and a side wall portion rising from the periphery of the bottom portion, and the side wall portion has a height higher than that of the second square tube body, and the side wall portion. The plate thickness is 60% or less of the thickness of the aluminum alloy plate, and further comprises a finishing step of forming into a rectangular battery case, leaving the bottom of the second rectangular tube as the bottom,
A method for forming a rectangular battery case.
前記第2の絞り加工工程においては、先端側に向かって縮径する斜壁面を四周囲に亘って部分的に形成した第2の角形パンチと、前記第2の角筒体の前記斜壁面に対応する斜壁面を形成した第2の角形ダイスにより、前記第1の角筒体を再絞り加工し、
前記仕上げ加工工程はしごき加工により行う、
ことを特徴とする請求項1に記載の角形電池ケースの成形方法。 In the first drawing step, the material aluminum alloy sheet is formed by a first square punch and a first square die, each of which has a slant wall surface that is reduced in diameter toward the tip side and is partially formed over four circumferences. The drawing process,
In the second drawing step, a second rectangular punch that partially forms an inclined wall surface that is reduced in diameter toward the tip side over the four circumferences, and the inclined wall surface of the second rectangular tube body Redrawing the first rectangular cylinder with a second square die having a corresponding inclined wall surface;
The finishing process is performed by ironing.
The method for forming a prismatic battery case according to claim 1.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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